在负折射率材料中，由于介质折射率为负，多普勒频移在相对运动使波源和 接收器之间的距离增加时蓝移，距离减小时红移，因此称为反常多普勒效应。这 一违反物理常识的效应最早由前苏联物理学家 Veselago 在 1968 年理论预言，但 一直未得到直接的实验证实，只有在 GHz 和音频段的间接测量实验报道。因为多 普勒效应现象早已被广泛应用于工农业生产、医疗卫生、科技国防等等社会生活 的许多方面，可以预见，反常多普勒效应的存在将会对这些应用领域带来根本性 的影响。另一方面，目前虽然在很多人工合成材料中观察到

地球表面高山、丘陵、沙漠、河流、潮滩等地貌形态万千，它们是如何在历史的岁月中逐渐形成的呢？放眼宇宙，空气密度极低的冥王星，是如何神奇地拥有丰富的沙丘地貌？被称为沙漠行星的火星会因为大风而刮起沙尘暴吗……这些自然界中的奥秘正是地球物理学科的泥沙运动力学所研究的问题。已有的研究告诉我们，泥沙颗粒输运普遍发生于大气环境和水环境中，是塑造地貌形态最重要和最根本的自然过程之一。如何理解和定量描述地表环境泥沙颗粒的起动、输运和沉降是揭示地貌形态千差万别的核心问题。目前野外和实验数据已经证明，粗颗粒泥沙输运量与流体强度之间的关系，在大气环境表现为线性，在水环境表现为非线性。然而，如此截然不同的输运规律背后的力学机制却一直还是个迷。近日，浙江大学海洋学院百人计划研究员托马斯·派兹（Thomas Pähtz）博士成功揭开了这个谜底，并推导出了描述粗颗粒泥沙输运量与流体强度关系的通用方程。北京时间2020年4月20日，相关研究成果在物理学学术期刊美国物理学会刊物《物理评论快报》(Physical Review Letters，简称PRL)）上发表，并被该刊物和杂志Physics同时聚焦报道。通过离散元(DEM)精细数值模拟追踪大量泥沙颗粒的运动轨迹并分析其受力特征， 托马斯·派兹首次发现，粗颗粒泥沙的动能耗散机制主导其输运规律。大气环境条件下颗粒和床面间碰撞是主要的耗散机制；而在水环境条件下，颗粒和床面间碰撞以及颗粒之间的碰撞起着同等重要的作用。根据这一新的理论认识，托马斯·派兹推导了能统一描述大气环境和水环境粗颗粒泥沙输运量与流体强度关系的通用方程。这为深入认识地球甚至火星等外星球表面丰富多样的地貌形态提供了有力的理论工具。 统一输沙率公式与水环境（左图）和大气环境（右图）相关实验资料对比“最困难的部分是对模拟的结果进行物理解释和数学描述。在总共7年的时间里，我无数次地用笔和纸进行尝试。特别是在最初的4年里，我大部分时间都在思考这个问题。” 托马斯·派兹说。评审专家认为，这项研究工作是地球物理学科最基础而没有被揭示的问题。而对于未来的进一步应用，托马斯·派兹表示，上述通用方程可以预测任意大气/水体环境下的泥沙输运量，这使我们能够更好地了解这些天体的地貌，还可以通过测量行星的动力地貌来间接推断行星的风况。据悉，托马斯·派兹于2020年1月起受邀担任美国地球物理学会会刊《地球物理学研究杂志-地表过程》的副主编。他是浙大近海环境流体力学团队的重要成员。该团队由贺治国教授领衔，主要从事近海泥沙动力学、海岸动力学、近海环境流体力学等方面的研究，成果已逐步应用于理解河口海岸泥沙运动、深水航道整治、深海地貌演变、深海热液源矿物颗粒沉积等问题，取得了重要的国际影响力。该研究得到国家自然科学基金和浙江大学百人计划研究基金资助。论文链接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.124.168001

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北京大学量子材料中心王健研究组在硅衬底上外延生长了高质量超薄晶态铅膜，与北京大学谢心澄院士、林熙研究员和北京师范大学刘海文研究员合作在极低温下观测到反常量子格里菲斯奇异性，并给出理论解释。这一发现揭示了超导涨落与自旋轨道耦合效应对于量子相变的重要影响，揭示出量子格里菲斯奇异性在二维超导金属相变中的普适性。 超导-绝缘体与超导-金属相变是量子相变的经典范例，已有三十余年的研究历史。所谓量子相变，是指在绝对零度下系统处于量子基态时随着参数变化而发生的相变。近年来，随着薄膜和器件制备工艺的提高，二维晶态超导体系逐渐成为了研究量子相变的理想平台，得到了国际学术界的广泛关注。王健研究组与谢心澄院士、马旭村研究员、林熙研究员、薛其坤院士等合作者在前期二维超导的相关研究中发现了超导-金属相变中的量子格里菲斯奇异性 (Science 350, 542 (2015)), 并被同期perspective评论文章Science 350, 509 (2015)专题报道。随后被液态栅极技术发明人东京大学Iwasa教授的综述文章Nature Reviews Materials 2, 16094 (2016)誉为二维晶态超导中三个最重要的主题之一。量子格里菲斯奇异性的研究表明，无序可以定性地改变量子相变的临界行为，其主要特征是趋于量子临界点时，二维超导体系的动力学临界指数发散。 最近，王健研究组通过超高真空分子束外延生长技术在硅衬底上制备出宏观尺度高质量晶态薄膜，并实现了厚度为亚纳米尺度的原子层级可控生长。在此基础上，王健教授与谢心澄院士、林熙研究员、刘海文研究员等人合作，在4个原子层厚（约1纳米）的晶态铅膜中发现了一种具有反常相边界的超导-金属相变，并揭示了其中的反常量子格里菲斯奇异性。根据平均场理论，超导体的上临界场会随着温度降低而逐渐增加。然而，系统的极低温实验表明，4个原子层厚的铅膜的相边界在低温下具有非常新奇的反常特性：随着温度降低，铅膜的上临界场（onset Bc2）在低温下也逐渐降低。沿着反常相边界对铅膜的磁阻曲线进行标度理论分析发现，在趋近于量子临界点附近临界指数随着磁场减小而迅速增大直至发散，该现象与前期实验中发现的临界指数随着磁场增大而发散的行为不同，故称为反常量子格里菲斯奇异性。考虑到这类二维超导体系具有很强的自旋轨道耦合，研究团队基于超导涨落理论发展了一套新的唯象理论模型，定量地解释了这一反常相边界。在自旋轨道耦合与超导涨落效应的共同作用下，超导-金属相边界偏离平均场理论而向外突出，并在反常相边界处呈现出量子格里菲斯奇异性。这一新奇量子相变的发现，证实了量子格里菲斯奇异性在不同相边界的超导-金属相变中具有普适性，并进一步揭示出自旋轨道耦合与超导涨落效应对于超导-金属相变的影响，为深入理解二维晶态超导体中的量子相变现象提供了一个新的视角。图1 四个原子层厚晶态铅膜中的反常量子格里菲斯奇异性。(a) 铅膜在零磁场下的超导转变曲线。插图是输运测量结构示意图。(b) 在0到5特斯拉不同外加磁场下铅膜电阻随温度的变化曲线。 (c) 铅膜在低温下表现出反常相边界，与超导涨落唯象理论模型一致。 (d) 临界指数随着磁场减小而迅速增大，直至发散，是反常量子格里菲斯奇异性的特征。图2 反常量子格里菲斯奇异性相图示意图。在自旋轨道耦合和超导涨落的作用下，平均场理论的相边界（蓝色虚线）向外突出形成新的相边界（红色实线）。当温度低于T^'时，红色实线代表反常相边界。沿着反常相边界趋于无限随机量子临界点B_c^*可以观测到反常量子格里菲斯奇异性。 该工作于2019年8月12日发表于著名学术期刊《自然∙通讯》。(Nature Communications 10, 3633 (2019) DOI: 10.1038/s41467-019-11607-w): https://www.nature.com/articles/s41467-019-11607-w 北京大学王健研究组博雅博士后刘易和研究生王子乔为文章共同第一作者，北京大学王健教授和北京师范大学刘海文研究员是本文的共同通讯作者。其余作者包括谢心澄院士，林熙研究员，以及王健研究组本科生唐钺、博士生刘超飞、陈澄、邢颖（已毕业）、博士后王庆艳（已出站），和林熙组博士生闪普甲。 该工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、量子物质科学协同创新中心、中科院卓越创新中心、北京市自然科学基金、博士后科学基金、中央高校基本科研基金的支持。

成果创新点 通风换气、餐饮油烟净化、腐蚀物输运、工业分离输 送、河道除淤疏浚、采矿打沙及食品加工等领域。主要技 术创新路径：龙卷风旋涡能够产生强大抽吸力 核心优势：风机抽吸力丝毫不减，而套筒抽排能力与 风机相当，总排风量大大高于单独的风机的排风量；旋流 卷吸套筒独立使用，为风机另辟进风渠道实现免污染，排 风管道畅通无阻，特别适合腐蚀性或复杂环境中工作；旋 流卷吸无需额外能耗，旋转气流产生离

通风换气、餐饮油烟净化、腐蚀物输运、工业分离输送、河道除淤疏浚、采矿打沙及食品加工等领域。主要技术创新路径：龙卷风旋涡能够产生强大抽吸力 核心优势：风机抽吸力丝毫不减，而套筒抽排能力与风机相当，总排风量大大高于单独的风机的排风量；旋流卷吸套筒独立使用，为风机另辟进风渠道实现免污染，排风管道畅通无阻，特别适合腐蚀性或复杂环境中工作；旋流卷吸无需额外能耗，旋转气流产生离心力还可以实现分选截留，实现净化功能。

光现象资源箱 型号：QWG1208   实验清单： 光在空气中直线传播实验 面镜成像观察实验         透镜成像观察实验 影子观察实验

该工作通过直接堆叠成功制备了石墨烯-Cd 3 As 2 异质结构。电子态耦合导致显著的层间电荷转移，通过Cd 3 As 2 的堆叠能有效调节石墨烯的费米能级，使其变为n型掺杂。通过这种石墨烯-Cd 3 As 2 异质结构能自然地构造出石墨烯平面p-n-p结，其量子输运测量显示出分数值的量子化电导平台，这来源于量子霍尔态下边缘态输运在p-n结等界面的平衡。此外，与裸石墨烯器件相比，石墨烯-Cd 3 As 2 异质结构器件呈现出很大的非局域（non-local）信号，在调制后的石墨烯狄拉克点附近显示出大的非局域电阻，表明了增强的自旋极化电荷输运，这与Cd 3 As 2 自旋极化表面态和石墨烯间的电荷转移有关。该研究结果不仅丰富了范德瓦尔斯异质结构家族，也将激发更多的关于狄拉克半金属或外尔半金属在自旋电子学中应用的研究。

利用美国宇航局火星勘测轨道飞行器的观测数据，对近7个火星年中发生的尺度在数千公里乃至覆盖全球的大型沙尘暴进行研究，发现火星南半球高纬对流层上部的沙尘普遍存在着强烈的周日变化（图1），进一步的观测表明这种现象来自于南半球沙尘大范围的周日经向运动。而沙尘的物理状态和化学性质相对稳定，是大气风场的最好示踪物，所以由沙尘的运动可以反推火星上难以观测的大气风场结构。利用这些观测结果以及大气潮汐理论模型，该研究发现火星南半球沙尘暴期间存在着强烈的周日潮汐风场，而正是周日潮汐的经向风主导了沙尘潮汐现象。该现象表明火星大气在沙尘暴期间存在快速的经向运动，结合火星大气环流数值模型进一步研究发现，潮汐风可以将夏季火星极区冰盖附近丰富的水汽快速输送至中低纬（图2）。这些水汽可以在中低纬地区日间深对流的作用下被抬升至中高层大气，在太阳紫外辐射的作用下产生大量的H，从而增加了火星大气H的逃逸。另一方面，该现象表明在火星上存在着有别于地球大气的经向物质交换机制。地球中-高纬之间的大气热量与物质交换强烈地依赖罗斯贝波的主导作用。虽然大气热力潮汐也是地球上早已熟知的大气波动，但对中低层大气作用较小，且主要局限于热带地区。然而，火星稀薄的大气可以显著增强热力潮汐的作用，该研究提出的潮汐风在火星大气水平运动中的重要作用，使人们对行星大气中-高纬之间的物质交换有了新的认识。